Phát triển lò phản ứng đĩa năng lượng mặt trời sản xuất hydro và thu giữ chất thải

Hệ thống này không chỉ có hiệu quả cao trong việc sản xuất hydro mà còn thu được các sản phẩm “thải” của oxy và nhiệt để đưa chúng vào sử dụng.

Hydrogen được coi là nhân tố chính trong năng lượng tái tạo và một trong những cách hiệu quả nhất để sản xuất hydro là tách nước thành các phân tử cấu thành của nó. Khi hoàn thành việc sử dụng năng lượng mặt trời, quá trình này được gọi là quang hợp nhân tạo và đó là quá trình mà lò phản ứng mới này đang khai thác.

Lò phản ứng EPFL trông giống như một đĩa vệ tinh, hoạt động theo nguyên tắc tương tự, diện tích bề mặt cong lớn thu thập càng nhiều ánh sáng càng tốt và tập trung ánh sáng vào thiết bị nhỏ lơ lửng ở giữa. Trong trường hợp này, chiếc đĩa đang thu nhiệt từ Mặt trời và tập trung nó khoảng 800 lần vào một lò phản ứng quang điện hóa. Nước được bơm vào lò phản ứng này, nơi năng lượng mặt trời được sử dụng để phân tách các phân tử thành hydro và oxy.

Lò phản ứng cũng thu giữ hai chất thải của quá trình thường được giải phóng là oxy và nhiệt. Oxy có thể hữu ích cho bệnh viện hoặc sử dụng trong công nghiệp, trong khi nhiệt được truyền qua bộ trao đổi nhiệt và có thể được sử dụng để đun nóng nước hoặc bên trong tòa nhà.

Lò phản ứng đã được thử nghiệm trong khuôn viên EPFL hơn 13 ngày, vào tháng 8/2020 và tháng 2, tháng 3/2021, để hiểu cách thức hoạt động của nó trong các điều kiện thời tiết khác nhau. Hiệu suất chuyển hóa năng lượng mặt trời thành hydro trung bình trên 20%, tạo ra khoảng 500 g (1,1 lb) hydro mỗi ngày. Nhóm nghiên cứu cho biết với sản lượng này, trong hơn một năm, hệ thống có thể cung cấp năng lượng cho 1,5 phương tiện chạy bằng pin nhiên liệu hydro chạy quãng đường trung bình hoặc cung cấp khoảng một nửa nhu cầu điện của một hộ gia đình bốn người.

Ông Sophia Haussener, tác giả nghiên cứu cho biết: “Với công suất đầu ra hơn 2 kilowatt, chúng tôi đã phá vỡ mức trần 1 kilowatt cho lò phản ứng thí điểm trong khi vẫn duy trì hiệu suất cao kỷ lục cho quy mô lớn này. Tỷ lệ sản xuất hydro đạt được trong nghiên cứu này thể hiện bước thực sự đáng khích lệ đối với việc hiện thực hóa thương mại công nghệ này”.

Các nhà nghiên cứu cho biết, bước tiếp theo là xây dựng một nhà máy với công suất vài trăm kilowatt tại một cơ sở sản xuất kim loại, nơi hydro sẽ được sử dụng để ủ kim loại, nhiệt cho nước nóng và oxy được thu thập cho các bệnh viện gần đó.